國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通市通州區(qū)供電分公司 張偉建 韓 佳

通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，在我國(guó)各大領(lǐng)域匯中得到了廣泛的應(yīng)用，通信技術(shù)不僅傳輸穩(wěn)定、存儲(chǔ)容量大、不易被腐蝕，且遠(yuǎn)距離傳輸也具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。但光纜易損壞的問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)通信質(zhì)量和效率下降，通過(guò)控制程控光開關(guān)、光時(shí)域反射儀可實(shí)現(xiàn)光纜的損壞測(cè)試，根據(jù)光纜長(zhǎng)度、反射損耗、平均損耗、分布位置等可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到光纜出現(xiàn)故障的位置，為電力部門對(duì)光纜的維護(hù)提供支持。

可視化技術(shù)是利用各種能刺激人體視神經(jīng)的方法對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行表達(dá)，同時(shí)所具備的交互方式較為豐富，可幫助使用者更加形象和直觀的掌握、查看數(shù)據(jù)與信息。與傳統(tǒng)的圖標(biāo)、文字等信息數(shù)據(jù)表達(dá)方式相比較，三維圖形可視化技術(shù)具備色彩、明暗、形態(tài)、位移、體積等豐富的表達(dá)方式，可充分表達(dá)出信息數(shù)據(jù)的海量?jī)?nèi)容。三維圖形可視化技術(shù)在科學(xué)技術(shù)方面應(yīng)用時(shí)間較早，利用可視化技術(shù)的圖表和圖形等表達(dá)方式將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和科學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)直觀和形象的展現(xiàn)出來(lái)，使用戶可輕易理解和發(fā)展計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)與科學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)間存在的密切聯(lián)系。

在電網(wǎng)通信領(lǐng)域中也擁有大量計(jì)算數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在電力數(shù)據(jù)表達(dá)方面存在較大問(wèn)題，極大影響了電網(wǎng)通信工作的質(zhì)量和效率。因此在電網(wǎng)通信領(lǐng)域中可視化技術(shù)具有較大發(fā)展?jié)摿?，?yīng)用可視化技術(shù)可實(shí)時(shí)顯示地圖、圖形、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，且可自動(dòng)生成信息統(tǒng)計(jì)圖形和圖表的數(shù)據(jù)模型等，在數(shù)據(jù)處理和分析方面具有較強(qiáng)能力，可極大提高電力工作的質(zhì)量和效率[1]。

1 三維圖形技術(shù)在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 電網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需具備程控光開關(guān)、光時(shí)域反射儀、計(jì)算機(jī)三個(gè)硬件設(shè)備。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)主要作用就是控制程控光開關(guān)和光時(shí)域反射儀，并將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)分析和處理過(guò)后生成數(shù)據(jù)表。計(jì)算機(jī)是通過(guò)對(duì)光時(shí)域反射儀的連接和程控光開關(guān)的端口進(jìn)行控制，控制光時(shí)域反射儀的運(yùn)作狀態(tài)、標(biāo)記點(diǎn)位置、參數(shù)等。計(jì)算機(jī)對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將生成的三維數(shù)據(jù)圖表展示給有關(guān)部門[2]。電網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架包括軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)主要控制光時(shí)域反射儀和程控光開關(guān)，硬件系統(tǒng)主要有程控光開關(guān)的選型、管理故障測(cè)量選型等。

1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理。電網(wǎng)通信光纜正常運(yùn)作過(guò)程中，當(dāng)光纖折射率發(fā)生細(xì)微變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)瑞利散射現(xiàn)象，若光纖出現(xiàn)斷裂或發(fā)生故障時(shí)，光纖折射率會(huì)出現(xiàn)菲尼爾反射現(xiàn)象。根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理，能以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集到的菲尼爾反射的強(qiáng)弱情況定位電網(wǎng)通信管理出現(xiàn)故障的位置[3]。光時(shí)域反射儀主要是通過(guò)二極管發(fā)出光脈沖信號(hào)，耦合器將光脈沖信號(hào)引入電網(wǎng)通信光纜中。若監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)菲尼爾反射或瑞利散射現(xiàn)象時(shí)，發(fā)射光會(huì)通過(guò)耦合器進(jìn)入二極管中，APD 將發(fā)射管轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大等處理過(guò)程轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，最后利用數(shù)字平均等方法加強(qiáng)數(shù)據(jù)信號(hào)信噪比，由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向使用者直觀展示出數(shù)字波形和結(jié)果。

光纜故障測(cè)量。光時(shí)域反射儀主要是測(cè)量電網(wǎng)通信光纜中的損耗曲線和物理特性，其中包括光纖衰減系數(shù)、光纖長(zhǎng)度、光纖接頭損耗等。光時(shí)域反射儀在具備精準(zhǔn)、便捷等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也可與地理信息平臺(tái)和監(jiān)控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使電網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正好完整，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警、故障監(jiān)測(cè)、報(bào)警、故障分析、故障管理、線路維護(hù)、線路管理、故障管理等功能。電網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纖存在的故障和隱患，制定預(yù)防措施和方案，極大降低了光纖出現(xiàn)故障的概率，為電力企業(yè)提高光纖維護(hù)力度具有積極作用。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中三維圖形可視技術(shù)的應(yīng)用可在提高光纖穩(wěn)定、安全、高效的工作同時(shí)，也可有效避免光纖管理、維護(hù)、監(jiān)測(cè)工作不到位出現(xiàn)的損失[4]。

1.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.3.1 程控光開關(guān)控制

程控光開關(guān)可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)通信光纜的自動(dòng)換接光源、多路光監(jiān)控、光器件調(diào)試和安裝等。程控光開關(guān)可對(duì)光時(shí)域反射儀進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的點(diǎn)名測(cè)試和周期測(cè)試。

周期測(cè)試：在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)周期測(cè)試過(guò)程中需正確連接監(jiān)測(cè)設(shè)備線路，首先，打開監(jiān)測(cè)設(shè)備的開關(guān)進(jìn)入正常運(yùn)行模式，當(dāng)程控光開關(guān)在第一通道時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備會(huì)顯示數(shù)字“1”；其次，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)出信號(hào)指令，計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令具有周期性的特定，指令內(nèi)容為“1、2、3、4”循環(huán)輪詢，可自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)設(shè)備在通道中的位置，當(dāng)監(jiān)測(cè)設(shè)備在接收到指令并執(zhí)行指令后會(huì)顯示所在位置的通信數(shù)字；最后，可利用計(jì)算機(jī)發(fā)送復(fù)位指令，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行復(fù)位操作，當(dāng)監(jiān)測(cè)設(shè)備復(fù)位、光通道關(guān)閉后監(jiān)測(cè)設(shè)備會(huì)顯示數(shù)字“0”。

點(diǎn)名測(cè)試：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的點(diǎn)名測(cè)試與周期測(cè)試工作內(nèi)容基本相同。首先需要間監(jiān)測(cè)設(shè)備接通電源，若程控光開關(guān)在第一通道位置時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備會(huì)顯示數(shù)字“1”?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)控制程控光開關(guān)切光換通道以及程控光開關(guān)復(fù)位操作，當(dāng)設(shè)備復(fù)位后光通過(guò)會(huì)關(guān)閉。

1.3.2 光時(shí)域反射儀控制

手動(dòng)測(cè)試流程：在進(jìn)行光時(shí)域反射儀手動(dòng)控制測(cè)試過(guò)程中，需手動(dòng)設(shè)置測(cè)試量程、測(cè)試波長(zhǎng)等參數(shù)，然后對(duì)光時(shí)域反射儀展開測(cè)試并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；自動(dòng)測(cè)試流程：在光時(shí)域反射儀自動(dòng)控制測(cè)試過(guò)程中，光時(shí)域反射儀可自動(dòng)設(shè)置測(cè)試量程、測(cè)試波長(zhǎng)等各項(xiàng)參數(shù)，然后監(jiān)測(cè)設(shè)備會(huì)根據(jù)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)生成軌跡曲線；自動(dòng)分析測(cè)試流程：在手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試完成后，可根據(jù)生成的結(jié)果對(duì)收集的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，然后可得到測(cè)試事件點(diǎn)的詳細(xì)過(guò)程和信息。

2 三維圖形關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

2.1 手動(dòng)測(cè)試與自動(dòng)測(cè)試的選擇

與手動(dòng)測(cè)試相比自動(dòng)測(cè)試的操作較為簡(jiǎn)便，測(cè)試設(shè)備可根據(jù)光時(shí)域反射儀的型號(hào)、特性、運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)設(shè)置測(cè)試量程、測(cè)試波長(zhǎng)等各項(xiàng)參數(shù)。在測(cè)試靈活和測(cè)試精度方面，自動(dòng)測(cè)試要比手動(dòng)測(cè)試差，因此在光時(shí)域反射儀實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，需根據(jù)情況選擇測(cè)試方式。如，在測(cè)試過(guò)程中已明確光纖長(zhǎng)度、但測(cè)試波長(zhǎng)等各項(xiàng)參數(shù)有具體要求情況下，手動(dòng)測(cè)試可測(cè)量出更精準(zhǔn)的結(jié)果；如對(duì)測(cè)試量程、測(cè)試波長(zhǎng)等各項(xiàng)參數(shù)沒有要求時(shí)可使用自動(dòng)測(cè)試。當(dāng)光纖長(zhǎng)度無(wú)法確定且對(duì)測(cè)試波長(zhǎng)各項(xiàng)參數(shù)有具體要求時(shí)，可使用自動(dòng)測(cè)試對(duì)測(cè)試量程進(jìn)行設(shè)置，然后使用手動(dòng)測(cè)試對(duì)其他流程開展測(cè)試。

2.2 故障點(diǎn)精準(zhǔn)定位

電網(wǎng)通信光纜光纖長(zhǎng)度。在電網(wǎng)通信光纜施工時(shí)，需要預(yù)留光纜以備后續(xù)遷移或斷纜熔接使用。因此測(cè)試使用的光纖長(zhǎng)度會(huì)比實(shí)際距離遠(yuǎn)，實(shí)際路由與測(cè)試路由兩者存在差距。根據(jù)路由存在差距的問(wèn)題，若光纖實(shí)際長(zhǎng)度用L、測(cè)試光纖長(zhǎng)度用L1、預(yù)留光纜長(zhǎng)度用L2、光纜敷設(shè)長(zhǎng)度用L3表示，可通過(guò)公式計(jì)算光纜實(shí)際光纖長(zhǎng)度：L=[(L1-L2)/(1+P)-L3](1+a)，式中光纜彎曲率為a，光纜絞縮率為P。

故障點(diǎn)位置。在實(shí)際光纖長(zhǎng)度計(jì)算完成后，需

與收集到故障點(diǎn)地理信息相結(jié)合，以此來(lái)得出更加準(zhǔn)確的光纜故障點(diǎn)具體坐標(biāo)。為準(zhǔn)確定位電網(wǎng)通信光纜故障點(diǎn)位置，需借助地理信息系統(tǒng)，其可對(duì)電網(wǎng)通信光纜位置信息進(jìn)行詳細(xì)顯示，如光纜實(shí)際坐標(biāo)、地理信息關(guān)系、數(shù)據(jù)形態(tài)等的信息。

2.3 三維圖形可視化

在電網(wǎng)通信光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用三維可視化技術(shù)，可使監(jiān)測(cè)結(jié)果更加直觀和形象的展現(xiàn)在使用者面前。目前較常用三維圖形軟件有OpenGL，該軟件可搭建三維模型，是一款開放式繪制圖形的軟件，包括圖像增強(qiáng)、紋理映射、三維建模等功能。對(duì)于光纖的監(jiān)測(cè)，利用其對(duì)圖形進(jìn)行繪制、材質(zhì)設(shè)置、三維變換、光照設(shè)置等。使用OpenGL 軟件可對(duì)光纜進(jìn)行建模，然后對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可根據(jù)繪制出的模型對(duì)管理合理布置，規(guī)范光纜監(jiān)測(cè)空間和區(qū)域。根據(jù)收集到的各項(xiàng)信息可在計(jì)算機(jī)上顯示三維模型，通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作，使用者可觀看到三維模型的局部信息和全局信息，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面可提供更多幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、程控光開關(guān)、光時(shí)域反射儀組成，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用光時(shí)域反射儀可實(shí)現(xiàn)光纖故障位置的精準(zhǔn)定位；而應(yīng)用OpenGL 軟件可使用戶直觀和形象地觀看到光纖故障具體位置，為光纜的維護(hù)和保養(yǎng)提供更多幫助。程控光開關(guān)可提高光纜監(jiān)測(cè)工作的可靠性和有效性，在降低光纜維護(hù)成本、提高設(shè)備維護(hù)質(zhì)量、降低維護(hù)成本方面有重要作用。